确定有机物分子式的几种巧妙方法

2017-04-06华雪莹

中学生理科应试 2017年1期

华雪莹

在学习有机化学的过程中，经常会遇到有机物分子式的确定问题.对于此类问题只要能够灵活地运用所学的知识，便可快速、准确、巧妙地确定.下面举例说明，希望学生能够从中受到有益的启示.

一、直接求分子式

此法是根据相对分子质量，直接求出1个有机物分子中所含各原子个数以确定其分子式.

例1减弱“温室效应”的有效措施之一是大量地植树造林.绿色植物在叶绿素存在下的光合作用是完成二氧化碳循环的重要一环，已知叶绿素的相对分子质量小于900，其分子中含C为73.8%（质量分数，下同）、含H为8.3%、含O为8.9%，其余为Mg.试确定叶绿素的化学式.

解析镁元素的质量分数为1-73.8%-8.3%-6.3%-8.9%=2.7%，因为镁的质量分数最小，但相对原子质量却最大，所以叶绿素分子中镁原子个数最少.因为900×2.7%=24.3，所以1个叶绿素分子中只有1个镁原子，即Mr（叶绿素）= 242.7%=889，所以1个叶绿素分子中所含碳原子个数为889×73.8%12=55；同理求出1个叶绿素分子中所含H、O、N原子的个数依次为74、5、4.故叶绿素的化学式为C55H74O5N4Mg.

二从最简式入手求分子式

例2某化合物由碳、氢两种元素组成，其中含碳的质量分数为85.7%，在标准状况下11.2 L此化合物气体的质量为14 g，求此化合物的分子式.

解析由此化合物在标准状况下11.2 L，质量为14 g，求得此烃的分子量为28，C与H的个数之比为：85.7%12：14.3%1=1∶2，所以此烃的最简式为CH2，分子式为（CH2）n，则有12n+2n=28，解之得n=2，故此烃的分子式为C2H4.

三、先求实验式再求分子式

此法是根据题给条件求出实验式，再结合相对分子质量或有机物的结构特点，进而确定其分子式.

例3A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物，已知A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%.A只含一种官能团，且每个碳原子上最多只连一个官能团，与乙酸发生酯化反应，但不能在相邻碳原子上发生消去反应.请写出A的分子式.

解析A中氧元素的质量分数为1-44.1%-8.82% = 47.08%，N（C）∶N（H）∶N（O）=（44.1%÷12）∶（8.82÷1）∶（47.08÷16）=5∶12∶4，所以A的實验式为C5H12O4，因为实验式中H原子已达饱和，所以A的分子式为C5H12O4.

四、列方程组求分子式

此法是先设有机物的分子式为CxHy或CxHyOz，或根据题目分析出符合条件的物质的分子通式，再通过燃烧方程式或其它方程式列出关于x、y、z的方程组，进而求出分子式.

例4将含C、H、O的有机物3.24mg装入元素分析装置，通入足量的O2使它完全燃烧，将生成的气体依次通过盛氯化钙的管A和盛碱石灰的管B，测得A管质量增加了2.16 mg，B管质量增加了9.24 mg.已知该有机物的相对分子质量为108，试确定该化合物的分子式.

解析设该化合物的分子式为CxHyOz，根据

CxHyOz+＼[（4x+y-2z）/4＼]O2点燃xCO2+y/2H2O

10844x9y

3.24mg9.24mg2.16mg

则有1083.24=44x9.24=9y2.1612x+y+16z=108，

解之得：x=7，y=8，z=1，

所以该化合物的分子式为C7H8O.

五、利用除法运算求分子式

例5有两种烃A，B，其相对分子质量都是128，其中A易升华，试确定A、B的分子式.

解析因为A、B都为烃，用128除以14（即“CH2”的式量）商9余2，故其中一种烃的分子式为C9H20；用128除以12商10余8，故另一种烃的分子式为C10H8.又因为A容易升华为气体，所以A的分子式为C10H8，B的分子式为C9H20.

六、利用假设法求分子式

此法是根据题意对所给有机物的分子式进行大胆假设，再代入题目进行验证.

例6某一元羧酸A，含碳的质量分数为50.0%，氢气、溴、溴化氢都可以与A发生加成反应，试确定A的分子式.

解析因A是一元羧酸，则A的结构中含1个-COOH，A能与氢气、溴、溴化氢发生加成反应，故A分子中含有碳碳不饱和键.含碳碳不饱和键的最简单满足上述条件的化合物为丙烯酸和丙炔酸，经验证只有丙烯酸中含碳质量分数为50%，所以A为丙烯酸，分子式为C3H4O2.

七、采用讨论的方法求分子式

例7有机物A是烃或烃的含氧衍生物，其分子中碳原子数少于5，取0.05 mol A在0.2 mol O2中燃烧，在101℃和1.01×105Pa的条件下，将生成的混合气体依次通过足量的无水CaCl2和足量的碱石灰吸收，减少的气体体积比为2∶1，剩余气体在标准状况下体积为2.24 L，试确定A可能的分子式.

解析经分析可知剩余气体可能是O2或CO.

（1）若剩余气体为O2，则有机物分子式中碳氢原子个数比一定是1∶4，其组成符合（CH4）xOy，通过计算验证x只能为1，只有CH4符合要求.

（2）若剩余气体为CO，则有机物的组成符合

C2（CH4）xOy，其燃烧方程式为：

C2（CH4）xOy+4O2点燃

2CO+xCO2+2xH2O，

根据O守恒，有y=4x-6.

若x=1，y=-2，无解；若x=2，y=2，分子式为C4H8O2；若x≥3，则碳原子数不少于5，不合题设条件.故A的分子式只可能为CH4或C4H8O2.

八、利用原子守恒求分子式

例8吗啡和海洛因都是严查禁止的毒品，吗啡分子中含C为71.58%，含H为6.67%，含N为4.91%，其余为O.已知其相对分子质量不超过300，又知海洛因是吗啡的二乙酸酯，试确定吗啡和海洛因的分子式.

解析吗啡中氧元素的质量分数为1-71.58%-6.67%-4.91%=16.84%，经对比可知吗啡中含氮原子个数最少.因为300×4.19%=

14.73，所以一个吗啡分子中只有一个氮原子.Mr（吗啡）=144.91%=285，利用直接法可求出吗啡的分子式为C17H19O3N.因为